CN115110138B - 一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线 - Google Patents

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Abstract

为了解决碲化镉薄膜电池生产过程中电镀薄膜厚度不均匀、生产效率和质量差等问题，本发明提供了一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，包括移动龙门架、电镀夹具以及槽体，槽体由依次相连的导电玻璃装卸槽、电镀槽和清洗槽组成，移动龙门架滑动连接于槽体上方，移动龙门架自上而下连接有气动伸缩装置、电镀夹具，电镀夹具由盖板、阳极板组成，盖板与气动伸缩装置固定连接，阳极板可拆卸连接于盖板下方，盖板下端面可拆卸连接有导电玻璃，导电玻璃与阳极板之间连接有弹性电极针，通过移动龙门架带动电镀夹具沿电镀槽和清洗槽移动，一次完成CdSe薄膜层和CdTe薄膜层的电镀，有效提高了碲化镉电池基片生产质量和效率。

Description

一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线。
背景技术
碲化镉(CdTe)薄膜电池是基于CdTe吸收层构建的一种化合物半导体薄膜电池。CdTe是一种直接带隙半导体，具有高的光吸收系数，电池的转化效率高、成本低廉，近年来已实现产业化生产，并持续受到研究构和公司的关注。早期CdTe薄膜太阳能电池的基本结构为：导电玻璃层/CdS窗口层/CdTe吸收层/背接触-背电极层/封装材料/背板玻璃。其中的CdS窗口层吸光会影响电池受光面的透光率，削弱到达CdTe吸收层的光强度，降低了光电流和光电效率。近年来用硒化镉（CdSe）取代CdS，形成梯度吸收层，大大提高了光电流和光电效率，目前该电池的最高转化效率已经超过了22％，大面积组件(2024×1245 mm)的转化效率达18.9％。
未来随着光伏电池的进一步推广，分布式光伏特别是用于光伏建筑一体化的光伏建筑集成（BIPV）组件将会越来越受到重视。为用于BIPV领域，发展柔性电池适应复杂的建筑结构显得尤为必要。目前的柔性太阳能电池主要有四种：一种是柔性树脂包封的无定形硅作为主要光电元件平铺在柔性底板，以获得柔性；第二种是将刚性的晶硅电池晶片切割成小片，然后再通过串并联获得柔性；第三种是将铜铟镓硒薄膜吸光层沉积在柔性不锈钢板上获得柔性；第四种是采用低温工艺在柔性基底上沉积钙钛矿吸光层制备柔性电池。现有的四种柔性电池都有自身的缺点。其中，无定形硅柔性电池的光电转换效率低；晶硅片切割获得的柔性电池的工艺复杂，成本高；铜铟镓硒电池的技术难度大且成本高；钙钛矿电池虽然成本低，但是其长期稳定性仍有待提高。探索采用碲化镉薄膜制备柔性光伏组件很有意义。现有的CdTe电池中的CdSe和CdTe层都采用了高温气相工艺，薄膜的沉积温度普遍在500℃以上，处于玻璃的变形温度附近。这限制了玻璃基底的选择，尤其是无法采用超薄导电玻璃制备柔性薄膜电池。降低碲化镉电池的工艺温度，以适用于柔性玻璃衬底进而制备碲化镉薄膜光伏电池，对于柔性碲化镉薄膜组件的发展非常重要。
另外，在电镀时尤其是在较大面积的导电玻璃基底上沉积时，电镀电位在导电表面上的均匀性是制约电镀薄膜厚度均匀性的主要困难。采用阵列式阴极电镀针可以实现电镀电位在导电玻璃表面的均匀分布，提高沉积薄膜的均匀性。
公告号 CN106868562A的中国专利公开了一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置，该装置包括传输装置、电沉积装置和电接触装置，电沉积装置内采用了针形电极。通过在传输装置上安装可以固定电沉积装置的T形绝缘板，实现了电沉积装置和传输装置的连续化生产。该专利的连续化生产是指电镀装置和传输装置之间的连续化。适用于电镀单层膜。该生产装置无法实现两层膜的连续化电镀。如果采用该装置电镀多层膜，将面临电镀层取出再安装的过程，导致利用专利时面临将电镀CdSe膜的玻璃转移至电镀CdTe膜的电镀槽中时，阵列式阴极电镀针无法准确定位到第一次电镀时留下的针孔中，电镀第二层薄膜时电镀针与导电玻璃的电接触不良，电镀CdTe膜的质量变差；
公告号CN206148459U的中国专利公开了一种多层膜的电化学沉积设备，该专利实现了多层膜的连续化电镀，电镀过程中保持电镀针不动，仅更换电镀液。然而采用该专利电镀时，将电镀CdSe膜的电镀液转换成电镀CdTe膜时，需要对电镀槽进行彻底清洗，否则电镀CdSe电镀液将被引入电镀CdTe的电镀液中，导致电镀液相互污染。该专利对电镀装置的清洗将同时清理电镀槽和连接电镀槽的管道，产生废液量大，废液的处理成本大，进而增加电池制作成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，采用的技术方案如下：
一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，包括移动龙门架、电镀夹具以及槽体，所述槽体由依次相连的导电玻璃装卸槽、电镀槽和清洗槽组成，所述移动龙门架滑动连接于槽体上方，移动龙门架上设置有气动伸缩装置，所述电镀夹具固定连接于气动伸缩装置下方，所述电镀夹具由盖板、阳极板组成，所述盖板与气动伸缩装置固定连接，阳极板可拆卸连接于盖板下方，盖板下端面可拆卸连接有导电玻璃，导电玻璃与阳极板之间连接有弹性电极针，所述弹性电极针上端与导电玻璃电性连接，下端穿过阳极板后伸出阳极板下方。
优选的，所述电镀槽包括CdSe薄膜电镀槽和CdTe薄膜电镀槽，所述清洗槽包括CdSe薄膜清洗槽和CdTe薄膜清洗槽，所述CdSe薄膜电镀槽、CdSe薄膜清洗槽、CdTe薄膜电镀槽以及CdTe薄膜清洗槽依次分布连接。
优选的，所述电镀槽自上而下设置有第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽所述第一凹槽和第二凹槽分别与盖板和阳极板配合密封，盖板与第二凹槽形成密闭空腔。
优选的，所述第一凹槽和第二凹槽底端面均设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。
优选的，所述CdSe薄膜清洗槽和CdTe薄膜清洗槽内设置有沿长度方向分布的滑槽，滑槽内滑动连接有水雾喷头，所述CdSe薄膜清洗槽和CdTe薄膜清洗槽外侧均连接有储液箱。
优选的，所述盖板与阳极板之间连接有限位柱，所述限位柱下端与阳极板固定连接，上部与盖板上下滑动相连，限位柱上端伸出盖板上方并且设置有夹紧机构。
优选的，所述盖板上设置有上下贯穿分布的抽真空通孔，所述导电玻璃通过负压装置吸附在盖板下端。
优选的，所述导电玻璃装卸槽内部设置有横挡板，横挡板与导电玻璃装卸槽内壁之间连接有固定柱。
优选的，所述盖板下端面设置有厚度调节垫片。
优选的，多组所述弹性电极针阵列式均布在导电玻璃和阳极板之间，且位于导电玻璃和阳极板之间的部分具有一定伸缩性，表面设置有绝缘层。
本发明的有益效果在于：
1、CdSe薄膜和CdTe薄膜均在低于100℃以下电镀，电镀温度远低于玻璃变形温度，该流水线适用于普通导电玻璃和超薄导电玻璃，既适用于制作普通碲化镉电池基片又适用于柔性碲化镉电池基片；
2、导电玻璃固定在带有阵列式弹性电极针的电镀夹具中，在连续电镀和清洗过程中，连续两次电镀均可实现电极针与导电玻璃良好接触，保证了CdSe和CdTe薄膜的电镀质量；
3、盖板下端设置厚度调节垫片，通过设置不同厚度的垫片，可以适用于不同厚度的导电玻璃，以制作不同厚度的柔性碲化镉电池基片；
4、电镀夹具通过移动龙门架带动沿槽体移动，电镀后仅需清洗电镀夹具，以避免对输液管道和电镀槽的清洗，提高清洗效果和电镀效果的同时降低了冲洗水量和废水量；
5、电镀夹具的清洗采用纯水喷雾清洗方式，两次电镀产生的清洗液可分别流回CdSe和CdTe电镀液的电镀槽继续使用，进一步减少清洗水量和废水量，大大降低了碲化镉电池基片的制作成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为装载导电玻璃时电镀夹具结构示意图
图3为电镀槽结构示意图
图4为电镀夹具与电镀槽连接结构示意图
图5为清洗槽结构示意图
图6为清洗槽与电镀夹具配合示意图
图7为导电玻璃装卸槽结构示意图
图8为导电玻璃装卸槽与电镀夹具配合示意图
其中：1-电镀夹具，11-盖板，111-抽真空通孔，12-弹性电极针，13-限位柱，131-夹紧机构，132-厚度调节垫片，14-阳极板，15-导电玻璃，2-移动龙门架，21-竖直支撑柱，22-固定衡量，23-滑块，24-顶板，25-气缸本体，26-气缸伸缩杆，27-滑道，3-导电玻璃装卸槽，31-横挡板，32-支撑柱，4-CdSe薄膜电镀槽，41-第一凹槽，42-第二凹槽，43-第一密封槽，44-第二密封槽，5-CdSe薄膜清洗槽，51-滑槽，52-水雾喷头，53-储液箱，6-CdTe薄膜电镀槽，7-CdTe薄膜清洗槽。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
如图1-8所示的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，包括移动龙门架2、电镀夹具1、槽体，移动龙门架2由竖直支撑柱21、固定横梁22、滑块23、顶板24以及气动伸缩装置组成，竖直支撑柱21和固定横梁22组成长方体框架结构，顶板24固定连接于竖直支撑柱21上方，滑块23连接于竖直支撑柱21下方，槽体上设置有滑道27，移动龙门架2通过滑块23与滑道27沿槽体长度方向滑动连接在槽体上方，气动伸缩装置为气缸，气缸本体25固定连接于顶板24下端面，气缸伸缩杆26竖直方向分布，电镀夹具1通过气动伸缩装置连接于移动龙门架2下方，移动龙门架2可带动电镀夹具1沿槽体长度方向滑动以及通过气动伸缩装置带动电镀夹具1上下动作，所述槽体由自前向后依次相连的导电玻璃装卸槽3、CdSe薄膜电镀槽4、CdSe薄膜清洗槽5、CdTe薄膜电镀槽6以及CdTe薄膜清洗槽7组成。
如图2所示，电镀夹具1包括盖板11、电极针12、限位柱13以及阳极板14，盖板11长度大于阳极板14长度，限位柱13设置有两组，分别固定连接于阳极板14上端面左右两侧，限位柱13下部直径大于上部直径，限位柱13上部与盖板11上下滑动相连，盖板11上还设置有上下贯穿分布的抽真空通孔111，通过设置于盖板11上方的负压装置将导电玻璃15吸附在盖板11的下端面，弹性电极针12连接于导电玻璃15与阳极板14之间，弹性电极针12设置有多组，呈阵列式均匀分布，弹性电极针12外表面设置有绝缘层，上端与导电玻璃15电连接，下端穿过阳极板14后伸出阳极板14下方一定长度，而且弹性电极针12与阳极板14之间固定连接，位于导电玻璃15与阳极板14之间的部分具有一定弹性， 此外，在盖板11的下端面左右两侧固定连接有厚度调节垫片132，需要说明的是，当采用不同厚度的导电玻璃15时，可在盖板11下端左右两侧固定不同厚度的厚度调节垫片132，保证导电玻璃15与阳极板14之间间距不变，限位柱13上部伸出盖板11上方位置设置有夹紧机构132，通过夹紧机构132动作将限位柱13夹紧，电镀夹具1移动时防止盖板11因重力发生分离，以固定弹性电极针12的针尖在移动和清洗过程中维持与导电玻璃15的紧密电接触，不发生移位。
电镀槽包括CdSe薄膜电镀槽4和CdTe薄膜电镀槽6，二者结构相同，如图3所示，电镀槽内部自上而下依次设置有第一凹槽41、第二凹槽42，第一凹槽41尺寸大于第二凹槽42，二者连通，如图4所示，第一凹槽41和第二凹槽42 配合分别与盖板11和阳极板14配合，共同形成内部密闭空腔，弹性电极针12下端穿过阳极板14后伸出至电镀槽下方，方便接线，而且在第一凹槽41和第二凹槽42的下端面上分别设置有第一密封槽43和第二密封槽44，第一密封槽43和第二密封槽44内设置有密封圈，实现电镀夹具1和电镀槽之间的密封，第二凹槽42的深度和盖板11与阳极板14之间的间距相同，盖板11与第二凹槽42形成密闭空腔，而且在第二凹槽42的左右两侧分别设置有电镀液进口和出口，电镀时，电镀液以固定流速通过第二凹槽42和导电玻璃15、阳极板14之间形成的空间，电镀液循环流动既能够保持电镀的均匀性，又可以供应更多物质以加速电镀。
清洗槽包括CdSe薄膜清洗槽5和CdTe的薄膜清洗槽7，二者结构相同，如图5所示，清洗槽上端开口，左右侧壁以及底板上均设置有沿前后方向分布的滑槽51，滑槽51内滑动连接有水雾喷头52，水雾喷头52和纯水管道相连，采用纯水对电镀夹具1进行清洗，如图6所示，电镀夹具1通过气动伸缩装置带动上下移动，水雾喷头52沿滑槽51前后移动，完成对电镀夹具1的彻底清洗，另外，在清洗槽的侧面设置有储液箱53，储液箱53与清洗槽内部连通，清洗液可通过管道流入储液箱53内部，冲洗后的清洗液由于是纯水和电镀液组成，因此可用于制配新的电镀液，进行循环使用，减少废液量。
导电玻璃装卸槽3如图7所示，内壁左右两侧各固定连接有横挡板31，横挡板31与导电玻璃装卸槽3内壁之间固定连接有倾斜分布的支撑杆32。
本装置工作原理如下：
移动龙门架2移动至导电玻璃装卸槽3上方，气缸伸缩杆26带动电镀夹具伸入至导电玻璃装卸槽3内部，机械手抓取导电玻璃15放入电镀夹具1中，气缸伸缩杆26带动盖板11压紧在两限位柱13上，导电玻璃15上端面与盖板11下端面贴合，通过负压装置和抽真空通孔111将导电玻璃15与盖板11固定，夹紧机构131动作将限位柱夹紧，移动龙门架2带动电镀夹具1移动至CdSe薄膜电镀槽4的正上方，气缸动作，气缸伸缩杆26带动电镀夹具1向下移动，盖板11下表面与第一凹槽41下表面接触，二者通过第一密封槽43以及密封圈密封，阳极板14下端面与第二凹槽42下端面接触，二者通过第二密封槽44以及密封圈密封，然后向电镀槽内注入电镀液，电镀液通过循环泵在导电玻璃15与阳极板14之间的空腔内往复流动，完成电镀；然后气缸伸缩杆26向上移动电镀夹具1，移动龙门架2向后移动至CdSe薄膜清洗槽5上方，如图6所示，气缸伸缩杆26带动电镀夹具1上下移动，三组水雾喷头52沿前后方向滑动，从而对电镀夹具1进行充分的清洗，清洗完毕后的清洗液流入至储液箱53内，然后电镀夹具1在移动龙门架2和气缸带动下，经过CdTe薄膜电镀槽6进行电镀以及经过CdTe薄膜清洗槽7清洗，清洗完毕后，得到碲化镉电池基片，移动龙门架2带动电镀夹具1移动至导电玻璃装卸槽3上方，气缸伸缩杆26动作将电镀夹具1放置在横挡板31上，负压装置停止工作，卸除抽真空通孔111内的真空，夹紧机构131松开限位柱13，气缸伸缩杆26向上提升盖板11，取出电镀完的碲化镉电池基片，转移到传送带上，进入下道工序，然后更滑新的导电玻璃放置在电镀夹具1上，开始新的电镀循环。
通过本装置可实现在导电玻璃表面由下至上依次电镀CdSe薄膜层和CdTe薄膜层，制作碲化镉电池基片，解决了现有技术中高温气相工艺中薄膜沉积温度过高无法适用柔性玻璃衬底制备碲化镉薄膜光伏电池的问题，通过移动龙门架2和特制电镀夹具1，实现CdSe薄膜层和CdTe薄膜层连续电镀的流水线生产，解决了现有电镀工艺中更换电极针与夹具导致的定位不准、电镀质量差、清洗困难、废液量大等问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，包括移动龙门架、电镀夹具以及槽体，所述槽体由依次相连的导电玻璃装卸槽、电镀槽和清洗槽组成，所述移动龙门架滑动连接于槽体上方，移动龙门架上设置有气动伸缩装置，所述电镀夹具固定连接于气动伸缩装置下方，所述电镀夹具由盖板、阳极板组成，所述盖板与气动伸缩装置电性连接，阳极板可拆卸连接于盖板下方，盖板下端面可拆卸连接有导电玻璃，导电玻璃与阳极板之间连接有多组弹性电极针，所述盖板与阳极板之间连接有限位柱，所述限位柱下端与阳极板固定连接，上部与盖板上下滑动相连，限位柱上端伸出盖板上方并且设置有夹紧机构，所述电镀槽自上而下设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽分别与盖板和阳极板配合密封，盖板与第二凹槽形成密闭空腔，所述弹性电极针上端与导电玻璃固定连接，下端穿过阳极板后伸出阳极板下方，所述盖板上设置有上下贯穿分布的抽真空通孔，所述导电玻璃通过负压装置吸附在盖板下端。
2.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，所述电镀槽包括CdSe薄膜电镀槽和CdTe薄膜电镀槽，所述清洗槽包括CdSe薄膜清洗槽和CdTe薄膜清洗槽，所述CdSe薄膜电镀槽、CdSe薄膜清洗槽、CdTe薄膜电镀槽以及CdTe薄膜清洗槽依次分布连接。
3.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，所述第一凹槽和第二凹槽底端面均设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。
4.根据权利要求2所述的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，所述CdSe薄膜清洗槽和CdTe薄膜清洗槽内设置有沿长度方向分布的滑槽，滑槽内滑动连接有水雾喷头，所述CdSe薄膜清洗槽和CdTe薄膜清洗槽外侧均连接有储液箱。
5.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，所述导电玻璃装卸槽内部设置有横挡板，横挡板与导电玻璃装卸槽内壁之间连接有固定柱。
6.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，所述盖板下端面设置有厚度调节垫片。
7.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池基片的连续电镀流水线，其特征在于，多组所述弹性电极针阵列式均布在导电玻璃和阳极板之间，且位于导电玻璃和阳极板之间的部分具有伸缩性，表面设置有绝缘层。
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